أنواع واختيار بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية

مع تزايد الطلب على مصادر الطاقة النظيفة والمستدامة، يتجه المزيد من أصحاب المنازل نحو الطاقة الشمسية. أحد المكونات الأساسية لنظام الطاقة الشمسية هي البطارية الشمسية، التي تقوم بتخزين الطاقة المولدة من الألواح الشمسية لاستخدامها لاحقًا. في هذا المقال سنتحدث عن أنواع مختلفة من بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية وتقديم إرشادات حول اختيار الخيار الأنسب لمنزلك.

أنواع البطاريات الشمسية السكنية

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من البطاريات الشمسية المتاحة للاستخدام السكني: بطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات الليثيوم أيون، وبطاريات التدفق. ولكل نوع مميزات وعيوب، مما يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات والمتطلبات.

1. بطاريات الرصاص الحمضية

بطاريات الرصاص الحمضية هي التكنولوجيا الأقدم والأكثر رسوخًا في صناعة البطاريات. بطارية الرصاص الحمضية عبارة عن جهاز لتخزين الطاقة الكيميائية يستخدم الرصاص وثاني أكسيد الرصاص (PbO2) كمواد فعالة للأقطاب الكهربائية السلبية والإيجابية، وحمض الكبريتيك المخفف باعتباره المنحل بالكهرباء، والذي يحقق في الواقع التحويل المتبادل بين الطاقة الكهربائية والطاقة الكيميائية من خلال الكهروكيميائية رد فعل؛ إنه مصدر الطاقة الكيميائية المفضل لجميع أنواع أنظمة تخزين الطاقة وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ وأجهزة التشغيل الناعمة/السوداء.

الجهد الاسمي لبطارية الرصاص الحمضية أحادية الخلية هو 2.0 فولت، ويمكن تفريغها إلى 1.5 فولت وإعادة شحنها إلى 2.4 فولت؛ في التطبيق العملي، غالبًا ما يتم توصيله على التوالي مع 6 خلايا مفردة لتشكيل وحدة بطارية الرصاص الحمضية بجهد اسمي 12 فولت، ثم من خلال سلسلة مناسبة ومتوازية على أساس 12 فولت، قيمة الجهد المقبولة من قبل النظام (مثل كما يتم الحصول على 48 فولت، 96 فولت) لتحقيق أعمال الشحن والتفريغ العادية.

تشمل المكونات الرئيسية لبطاريات الرصاص الحمضية الأقطاب الموجبة والسالبة، وألواح الأقطاب، والفواصل، والإلكتروليتات، والحاويات، وما إلى ذلك. نظرًا لوجود كمية كبيرة من المحلول الكيميائي في وحدة البطارية، فهي ثقيلة بشكل عام.

تنقسم بطاريات الرصاص الحمضية إلى فئتين فرعيتين: حمض الرصاص المغمور (FLA) وحمض الرصاص المختوم (SLA)، والتي تشمل كلاً من بطاريات الزجاج الماص (AGM) والبطاريات الهلامية.

وفي الاستخدام الفعلي، تتزايد نسبة البطاريات الغروية وبطاريات الرصاص والكربون. تعد القدرة على التفريغ الزائد والاسترداد الذاتي وأداء الشحن والتفريغ في درجات الحرارة المنخفضة للبطاريات الغروية أفضل قليلاً؛ تعمل بطاريات الرصاص والكربون، بسبب إضافة الكربون (الجرافين) في المنحل بالكهرباء، على منع ظاهرة كبريت القطب السالب وتحسين مشكلة فشل البطارية بسهولة، وبالتالي زيادة عمر خدمة البطاريات بشكل كبير.

يشتمل وضع شحن بطاريات الرصاص الحمضية عمومًا على ثلاثة أوضاع: التيار المستمر، والجهد الثابت، والشحن العائم، المعروف أيضًا باسم الشحن ثلاثي المراحل. يعد تيار الشحن معلمة مهمة جدًا، ويتم التعبير عن الوحدة بشكل عام بـ C. سيتم تحديد معلمات مواصفات البطارية بوضوح مع الحد الأقصى لتيار الشحن للبطارية، بشكل عام 0.1C، 0.2C أو 0.3C؛

على سبيل المثال، إذا كانت سعة البطارية 200 أمبير، فإن تيار الشحن 0.1C هو 0.1×200=20A، 0.2C هو 0.2×200=40A؛ يجب أن يكون أفضل تيار شحن لبطارية الرصاص الحمضية الخالية من الصيانة حوالي 0.1 درجة مئوية، وسيؤثر تيار الشحن الزائد أو القليل جدًا على عمر خدمة البطارية.

الايجابيات:

تكلفة أولية منخفضة

توافر واسع

قابلة لإعادة التدوير وصديقة للبيئة

السلبيات:

عمر أقصر (3-5 سنوات)

انخفاض كثافة الطاقة

يلزم إجراء صيانة دورية لبطاريات FLA

غير مناسب للتفريغ العميق (50% أو أكثر)

2. بطاريات الليثيوم أيون

بطاريات الليثيوم أصبحت ذات شعبية متزايدة في السنوات الأخيرة بسبب مزاياها العديدة مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية. يتم استخدامها بشكل شائع في السيارات الكهربائية والهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

بطارية الليثيوم هي فئة من البطاريات المصنوعة من معدن الليثيوم أو سبائك الليثيوم كمواد إيجابية / سلبية وتستخدم محلول إلكتروليت غير مائي؛ تنقسم بشكل رئيسي إلى بطاريات الليثيوم المعدنية وبطاريات الليثيوم أيون. بشكل عام، تشير بطاريات الليثيوم إلى بطاريات الليثيوم أيون، وهي بطاريات ثانوية، أي أنها يمكن أن تدعم الشحن والتفريغ.

تستخدم بطاريات الليثيوم أيون أكسيد معدن سبائك الليثيوم كمادة إيجابية، والجرافيت كمادة سلبية، والجسم الرئيسي لبطارية ليثيوم أيون لتخزين الليثيوم هو المادة السالبة، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في أداء شحن البطارية وتفريغها. الكفاءة، عدد الدورات، الخ.

تنقسم بطاريات ليثيوم أيون بشكل أساسي إلى حمض كوبالت الليثيوم ومنجنات الليثيوم وحمض نيكل الليثيوم وفوسفات حديد الليثيوم وبطاريات الليثيوم الثلاثية وما إلى ذلك وفقًا لمواد الكاثود المختلفة.

تكلفة سعر الوزن الشامل والأداء والسلامة وعوامل أخرى، في الواقع تطبيقات نظام تخزين الطاقة ، استخدام المزيد من بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. تعتبر بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بشكل عام خالية من أي معادن ثقيلة ومعادن نادرة، وهي بطاريات خضراء غير سامة وغير ملوثة.

يستخدم فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) كمادة القطب الموجب والكربون كمادة القطب السالب، مع خلية واحدة مصنفة عند 3.2 فولت وجهد قطع الشحن حوالي 3.6 فولت إلى 3.65 فولت؛ يتم تحقيق الجهد والسعة المطلوبة عن طريق التسلسل والتوازي.

الايجابيات:

كثافة طاقة عالية

عمر أطول (10-15 سنة)

متطلبات صيانة منخفضة

كفاءة أكبر

أوقات شحن أسرع

مناسب للتفريغ العميق (80-90%)

السلبيات:

تكلفة أولية أعلى

حساسة لدرجات الحرارة المرتفعة

البنية التحتية المحدودة لإعادة التدوير

مؤشرات الأداء الرئيسية لبطاريات الليثيوم فوسفات الحديد أحادية الكتلة:

السعة الاسمية — بـ Ah أو mAh

الجهد الاسمي — حوالي 3.2V

جهد إنهاء الشحن - حوالي 3.55 فولت ~ 3.6 فولت

جهد إنهاء التفريغ - حوالي 2 فولت ~ 2.5 فولت

المقاومة الداخلية - تقريبًا. <20mΩ

وقت دورة البطارية - بشكل عام> 3000 مرة

معدل التفريغ الذاتي - حوالي 5% ~ 8%

يجب أن تشتمل بطاريات الليثيوم أيضًا على BMS (نظام إدارة البطارية)، أي نظام إدارة البطارية، والذي يحتوي عمومًا على وحدة تحكم مركزية، ووحدة اقتناء، ووحدة عرض، ووحدة تسجيل بيانات، ووحدة توسعة خارجية.

المهام الرئيسية لنظام إدارة المباني هي:

1. مراقبة معلمة البطارية الواحدة
2. حساب SOC (حالة الشحن).
3. مراقبة درجة الحرارة وإدارتها
4. التحكم في توازن طاقة البطارية
5. تشخيص الأخطاء والإنذار
6. عرض المعلومات
7. تسجيل البيانات
8. التواصل مع الكمبيوتر العلوي

اختيار البطارية الشمسية المناسبة لمنزلك

عند اختيار بطارية شمسية للمنزل بأكمله، ضع في اعتبارك العوامل التالية:

        1. بطارية الرصاص الحمضية أو بطارية الليثيوم

أولاً، تمثل البطارية نسبة عالية من نظام تخزين الطاقة. بالنسبة لمحولات تخزين الطاقة التي تدعم كلاً من بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم، يعتمد الاختيار على الرغبة في الاستثمار، ونوع المشروع، وموقع المشروع، ومتطلبات الضمان، وما إلى ذلك.

كثافة الطاقة لبطارية الليثيوم (ρ=E/V) أعلى، بحوالي 6 إلى 7 مرات من بطارية الرصاص الحمضية، وأصغر حجمًا وأخف وزنًا، وذات دورة حياة طويلة، 1.5 إلى 5 مرات من بطارية الرصاص الحمضية. ولذلك، فإن الشركات المصنعة لآلات تخزين الطاقة العامة لتوفير بطاريات الضمان، هي بطاريات الليثيوم. ومع ذلك، فإن أداء بطاريات الليثيوم أسوأ نسبيًا في ظروف درجات الحرارة المنخفضة، في حين أن السعر أعلى أيضًا، وعادة ما يكون أكثر من 2 إلى 4 أضعاف سعر بطاريات الرصاص الحمضية.

        2. اختيار القدرات

تشير السعة إلى إجمالي كمية الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها، ويتم قياسها بالكيلوواط/ساعة (kWh). قوة البطارية هي كمية الكهرباء التي يمكنها توصيلها مرة واحدة، وتقاس بالكيلووات (kW).

يعد اختيار سعة البطارية هو الأهم أو يتم تحديده بناءً على احتياجات المستخدم التخزينية، مع مراعاة سعة النظام. على سبيل المثال، يحتاج المستخدم إلى تخزين 30 كيلو وات في الساعة/اليوم، وقام بتركيب مجموعة من نظام تخزين الطاقة خارج الشبكة بقدرة 3 كيلو وات، ولا توجد مرافق تكميلية، وبالتالي، ستحتاج مجموعة البطاريات الخاصة به إلى يومين على الأقل للوصول إلى حالة الشحن الكامل؛ تواجه موسم الأمطار المستمر قد لا يكون كاملا لفترة طويلة.

يجب أن يأخذ هذا الوضع في مرحلة تصميم النظام في الاعتبار القيود المفروضة على مجموعة متنوعة من العوامل، وزيادة قدرة تركيب الوحدات الكهروضوئية، وزيادة القدرة الإنتاجية لمعدات التحكم في تخزين الطاقة. مواصفات بطارية الرصاص الحمضية المذكورة "xxx V / xxx Ah"، على سبيل المثال، 12V / 100Ah الشائعة، سعة الكتلة الفردية هي 12 × 100 = 1200VAh = 1200Wh = 1.2KWh، أي 1.2 درجة من الكهرباء إذا كان الطلب على 30KWh سعة التخزين حوالي 30 ÷ 1.2=25 قطعة.

يمكن بشكل عام اختيار بطاريات الليثيوم مباشرةً وفقًا لسعة PACK الخاصة بها، مثل حزمة بطارية واحدة بقدرة 2.56 كيلو وات في الساعة، وحزمتين بقدرة 5.12 كيلو وات في الساعة، و10 حزم بقدرة 25.6 كيلو وات في الساعة.

        3. بطارية الجهد العالي أو بطارية الجهد المنخفض

هناك سلسلة الجهد العالي (HV) وسلسلة الجهد المنخفض (LV) من محولات تخزين الطاقة، وبالتالي هناك بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية ذات الجهد العالي والجهد المنخفض. عاكس بطارية الإخراج أحادي الطور العام مع بطارية منخفضة الجهد، الجهد الطرفي حوالي 48 فولت ~ 52 فولت.

في هذا الوقت، إذا تم اختيار بطاريات الرصاص الحمضية، من خلال أربع سلاسل 12 فولت إلى 48 فولت؛ إذا كانت بطاريات الليثيوم يمكنها اختيار مستوى الجهد لحزمة بطارية 48 فولت مباشرة؛ آلة تخزين الطاقة المتكاملة (الهجينة) ثلاثية الطور وخارج الشبكة مع بطارية شمسية منزلية عالية الجهد، الجهد حوالي 100 فولت ~ 550 فولت؛ آلة متكاملة أكثر قوة، وجهد البطارية أعلى، مثل BSLBATT سلسلة علبة الثقاب والجهاز المتكامل خارج الشبكة، جهد البطارية المقدر هو 716 فولت، يمكن أن يكون نطاق الجهد 627-817 فولت، الطريقة المتسلسلة والمتوازية مشابهة للبطارية ذات الجهد المنخفض.

        4. عمق التفريغ (وزارة الدفاع)

DoD هي النسبة المئوية لسعة البطارية التي يمكن استخدامها قبل الحاجة إلى إعادة شحنها. تعني وزارة الدفاع الأعلى أنه يمكنك استخدام المزيد من الطاقة المخزنة في البطارية قبل الحاجة إلى إعادة شحنها. ابحث عن بطارية ذات نسبة أداء لا تقل عن 80% لتحقيق أقصى استفادة من الطاقة المخزنة لديك.

        5. التوافق

تأكد من أن البطارية الشمسية التي تختارها متوافقة مع نظام الطاقة الشمسية الموجود لديك، بما في ذلك العاكس ووحدة التحكم في الشحن. قد تتطلب بعض البطاريات معدات معينة أو إعدادًا معينًا، لذلك من الضروري التحقق من التوافق قبل اتخاذ القرار.

        6. عمر البطارية والضمان

تتمتع البطاريات الشمسية بعمر افتراضي محدود، ويتم قياسه عادةً بالدورات (الدورة الواحدة عبارة عن شحن وتفريغ كاملين). إن عدد الدورات التي يمكن أن تؤديها البطارية قبل أن تنخفض سعتها بشكل كبير سيحدد عمرها الافتراضي. ابحث عن بطارية ذات عمر دورة طويل وضمان يضمن عددًا معينًا من الدورات أو سنوات الاستخدام.

في الختام، لا يوجد حل واحد يناسب الجميع عندما يتعلق الأمر باختيار بطارية الطاقة الشمسية المنزلية. من خلال تقييم متطلباتك من الطاقة، والميزانية، وقيود المساحة، والمناخ، والتأثير البيئي، يمكنك اتخاذ قرار مستنير يناسب احتياجاتك على أفضل وجه. مع استمرار تقدم تكنولوجيا البطاريات الشمسية، سيكون لدى أصحاب المنازل المزيد من الخيارات للاختيار من بينها، مما يجعل الانتقال إلى الطاقة النظيفة والمستدامة في متناول الجميع.